【會議報告】硫化物全固態電池界面改性研究

基于硫化物固體電解質的全固態鋰電池可以克服當前鋰離子電池能量密度低和安全性問題，是最具前景的下一代能量存儲與轉化器件。然而，這類電池的實際應用受限于諸多問題，其中，硫化物固態電解質與電極之間的界面問題尤其突出，限制了其性能。

硫化物全固態電池的界面問題

由于電極和固態電解質之間的不穩定性，硫化物全固態電池面臨著一系列問題，包括空間電荷層（SCL）、界面副反應和機械不穩定性。

空間電荷層

空間電荷層通常形成在氧化物正極|硫化物電解質界面，氧化物正極與硫化物固態電解質具有不同的離子濃度和勢能導致兩者接觸時鋰離子會自發地向正極遷移，而鋰離子在正極側與電子結合，使得電解質表面的鋰離子持續向正極側遷移，從而形成空間電荷層，顯著增加了Li⁺擴散的活化能和界面阻抗，阻礙了Li⁺在界面上的擴散和遷移。

界面副反應

由于硫化物固態電解質電化學窗口較窄，容易在正極界面被氧化，在負極界面被還原，生成離子電導率低的中間層，增加界面阻抗，并產生SO₂等氣體。此外，在負極側形成具有混合離子和電子導電性的界面時，會在循環過程中使SE持續分解，導致電池容量和功率性能快速退化。

機械不穩定性

由于硫化物電解質的剛性，不可避免地發生活性材料和電解質界面接觸失效，失效處局部電流密度較高，引起較大的局部應變，導致接觸失效的擴散。

硫化物固態電解質中正/負極的界面問題的示意圖

硫化物全固態電池的界面改性

正極側的主要解決方案為界面包覆。理想的包覆層應與正極和電解質具有化學、電化學穩定性，離子導電且電子絕緣，機械穩定性，且能實現薄且均勻的包覆。

對于負極側，界面緩沖層是抑制界面副反應的主要措施。此外，尋找合適的電極材料和電解質也是有效的方案。然而，目前負極側界面副反應的研究大多集中在鋰金屬負極，Li嵌入式或合金負極（如石墨和Si基負極）中界面副反應的研究相對較少，相關的解決方案有待進一步深入研究。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，助推固態電池產業化發展。屆時，來自哈爾濱工業大學（深圳）的李德平副教授將作題為《硫化物全固態電池界面改性研究》的報告。

目前，全固態電池已成為高能量密度電化學儲能器件最具前景的選擇之一。然而，全固態電池中的固-固界面接觸差、界面副反應嚴重以及動力學遲滯等問題嚴重阻礙其進一步發展。本報告將介紹硫化物全固態電池的界面問題來源及改性思路，重點關注高比容量硅基負極材料和高電位富鋰錳/高鎳正極材料，具體內容包括：1）通過在硅基負極材料表面構筑Li-Al-O快離子導體，提升其在硫化物全固態電池中的界面穩定性及離子輸運動力學；2）通過在高鎳/富鋰錳正極材料表面進行“快離子導體表面包覆+近表面體相摻雜”協同優化改性，有效解決高電壓正極在全固態體系中的動力學遲緩問題和界面副反應問題。上述研究成果為闡明全固態電池失效機制和探索優化改性策略提供了可借鑒思路。

專家簡介：

李德平，山東淄博人，哈爾濱工業大學（深圳）副教授、博士生導師，入選哈工大“青年拔尖人才選聘計劃”，深圳市高層次人才，哈工大（深圳）-美尼固態電池聯合實驗室副主任，主要從事新型二次電池關鍵材料研制與器件開發。迄今以第一/通訊作者身份發表SCI論文50余篇，累計引用4000余次（h-index=35），發表于Chemical Society Reviews(1)、Energy & Environmental Science(2)、Advanced Materials(1)、Advanced Energy Materials(3)、Advanced Functional Materials(2)、Energy Storage Materials(4)、Science Bulletin(2)、 eScience (1)等期刊。已申請國家發明專利30余項。擔任《Advanced Powder Materials》(IF=28.6) 特聘編委，《eScience》(IF=42.9)、《Rare Metals》(IF=9.6)、Carbon Neutralization》(ESCI收錄)等科技期刊青年編委。

參考來源：

1.eTran交通電動化《歐陽明高院士團隊|硫化物全固態電池的挑戰和機遇：材料、界面、電極、電芯與規模制造》

2.張欣怡《硫化物電解質界面改性及全固態電池性能研究》

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